487

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ВОРОНЕЖСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ И КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ПО ФИЗИОЛОГИИ РАСТЕНИЙ

для студентов 2 курса заочного факультета (специальность 260400 – Лесное хозяйство сокращенной программы)

Воронеж 2002

УДК581.11

Физиология растений. Методические указания и контрольные вопросы по физиологии растений для студентов 2 курса заочного факультета (специальность 260400 – Лесное хозяйство сокращенной программы) / В.Т.Попова. - Воронеж, 2002.- 23 с.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Воронежской государственной лесотехнической академии Рецензент - доцент кафедры физиологии и биохимии растений ВГУ В.Н.Попов

Учебный план подготовки инженеров лесного и лесопаркового хозяйства предусматривает изучение ряда специальных дисциплин, таких как дендрология, лесоводство, лесные культуры, селекция древесных пород, лесная таксация и др. Биологической основой этих наук является физиология растений, изучаемая студентами на втором курсе.

По физиологии растений одна лабораторная сессия – зимой. В сессию выполняют одну контрольную работу, включающую 1-9 темы программы. Выполнение всего объема лабораторных работ, успешная сдача одной контрольной работы является условием допуска к сдаче зачета. Зачет студенты сдают в зимнюю сессию.

Для изучения курса рекомендуется следующая литература: Основная:

Полевой В.В. Физиология растений.- М.: Высшая школа, 1989. Веретенников А.В. Физиология растений с основами биохимия. –

Воронеж: изд-во ВГУ, 1987. Дополнительная

Гусев М.И., Минеева Л.А. Микробиология. - М.: МГУ, 1985. .

Крамер П., Козловский Т. Физиология древесных растений. М.: Лесн. пром-сть, 1963.

Кретович .В.Л. Биохимия растений.- М.: Высшая школа, 1996.

ОБЩЕМЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Изучать курс физиологии растений с основами биохимии рекомендуется в следующей последовательности:

I. Познакомиться с программными вопросами по данной теме (рабочая программа помещена в конце данного издания).

2.Прочитать материал, относящийся к этой теме, в учебнике и учебных пособиях.

При первом знакомстве не следует увлекаться деталями механизмов физиологических процессов, запоминанием сложных биохимических реакций и терминов. Основная задача на этом этапе состоит в том, чтобы понять сущность изучаемого процесса или явления. В случае если они не прояснятся и при чтении дополнительных источников, следует обратиться за письменной консультацией к преподавателю или получить разъяснения во время очной сессии.

3.После получения общего представления о сущности того или иного процесса необходимо перейти к детальному изучению материала рассматриваемой темы. В рабочей тетради рекомендуем заносить схемы реакций, механизмы физиологических процессов, сложные термины и формулировки основных законов жизнедеятельности растений.

Рекомендуется обязательное посещение лекций, тем более, что курс небольшой - 14 час. Лектор знакомит слушателей с наиболее сложными вопросами данного курса, указывает на связь физиологии растений с

интересами лесного и садово-паркового хозяйства. После лекции рекомендуется прочитать подготовленный конспект, подчеркнуть основные определения и формулировки, сущность процессов жизнедеятельности, что способствует значительно лучшему закреплению прослушанного.

Активно следует работать и на практических занятиях, ибо наряду с выполнением лабораторных работ преподаватель обязательно останавливается на теории вопроса, целях, задачах и методах каждого из них. В конце отдельного занятия формулируются заключения и выводы, подкрепляющие программные вопросы курса.

Предлагаемые контрольные вопросы по физиологии и биохимии растений значительно облегчат самостоятельное изучение курса физиологии растений студентами заочного факультета специальности 260400 - Лесное хозяйство сокращенной программы. Они включают около двухсот вопросов, примеров и задач, охватывающих все основные разделы курса, введение и содержат материал для индивидуальных контрольных заданий.

Изучив материал по учебникам и учебным пособиям, проверьте свои знания по всем вопросам данного издания, а затем приступайте к составлению письменных ответов на вопросы, указанные в индивидуальном задании.

Ответы на поставленные вопросы должны быть краткими, но полно освещающими их суть, и изложены своими словами. Формальное переписывание с книги не зачитывается.

Приятное впечатление производят работы, в которых ответы иллюстрируются схемами, рисунками, диаграммами и графикам.

Ход решения задач необходимо приводить полностью, не ограничиваясь лишь конечным результатом.

Контрольная работа должна быть хорошо оформлена, написана разборчиво, в тетради оставляется чистые поля для замечаний преподавателя. Ответы на вопросы и решения задач приводятся в порядке, данном в задании. Уравнения биохимических реакций записываются отдельными строками: например, эмпирическое уравнение фотосинтеза:

В конце контрольной работы указывается учебники и учебные пособия, с которыми работал студент, ставятся дата и подпись.

Подготовленные задания должны присылаться и институт в сроки, предусмотренные учебным графиком и обязательно до начала сессии. Рекомендуется сначала выполнить первое задание и получить на него замечания с тем, чтобы меньше ошибаться при выполнении второго задания.

Неполные или неправильные ответы на поставленные вопросы и ошибочные решения задач не зачитываются и возвращаются сту-

денту для доработки. На повторную проверку работа сдается вместе с незачтенным заданием. В отдельных случаях задание заменяется полностью другим.

Письменные консультации можно получить в течение всего учебного года, а устные - в дни консультаций (вторая и третья субботы каждого месяца). Для получения исчерпывающего ответа в письме вопрос должен быть сформулирован конкретно и точно.

К зачету допускаются только те студенты, которые полностью выполнили контрольную работу и прошли лабораторный практикум. Студент, сдающий зачет, должен предъявить экзаменатору зачтенное контрольное задание с рецензией.

Первая часть контрольного задания охватывает следующие разделы программы: введение, физиология растительной клетки, водный режим растений, фотосинтез, дыхание растений.

Для решения задач, в которых требуется определить осмотическое

давление, следует использовать уравнение Вант-Гоффа. Р = RТСI ,

где Р - осмотическое давление, атм;

R - универсальная газовая постоянная, равная 0,0821} Т - абсолютная температура (.273°+ 1°С); С -- молярная концентрация раствора;

I - изотонический коэффициент, показывающий отношение числа частиц в растворе к исходному числу молекул (у неэлектролитов этот коэффициент равен I).

При определении осмотического давления клеточного сока криоскопическим методом следует сначала определить, какой концентрации неэлектролита эквивалентен исследуемый сок, исходя из того, что молекулярный раствор имеет точку замерзания - 1,86°С. Зная температуру замерзания исследуемого сока, вычисляют эквивалентную ему молярную концентрацию по формуле

t

С = _____

1,86 а затем полученную величину подставляют в уравнение Вант-Гоффа.

Для определения осмотических показателей клетки необходимо вспомнить формулу

S=P-T.

где S - сосущая сила клетки;

Р - осмотическое давление клеточного сока; Т - тургорное давление.

При рассмотрении водообмена между клеткой и окружающим ее раствором, а также между соседними клетками , необходимо иметь в виду, что перемещение воды осуществляется в сторону большей сосущей силы, независимо от абсолютной величины осмотического давления. При этом следует подчеркнуть, что сосущая сила внешнего раствора численно равна его осмотическому давлению, а сосущая сила клетки представляет собой разность осмотического и тургорного давлений.

В тему «Водный режим растений» включены задачи на определение ряда показателей водообмена. Водный баланс - это разность между количеством поглощенной и испаренной воды растением за одно и то же время. Водный дефицит растения

c-a

d= _____100 % . c-b

где с - масса растения при полном насыщении водой; а - масса растения в данный момент; b - абсолютно сухая масса растения.

Коэффициент завядания - содержание воды в почве в момент устойчивого завядания растения, выраженное в % к абсолютно сухой массе

где n - количество испаренной воды, г; t- - время учета транспирации, мин;

S - площадь листьев, см2.

Относительная транспирация (I/E) – отношение интенсивности транспирации к интенсивности испарения с открытой водной поверхности при тех же условиях.

Экономность транспирации

n *100 Эк=__________ %, t * m

где n - количество испаренной воды, г; t - время, час; m - содержание воды в растении, г.

При изучении процесса фотосинтеза следует обратить особое внимание на роль хлорофилла в превращении световой энергии в химическую и на значение воды, являющейся донором электронов и водорода для образования НАДФН2. Для вычисления интенсивности фотосинтеза следует использовать формулу

n

f = _______ , S * t

где n - количество поглощенного CO2 или выделенного O2, или

S - площадь листьев; t - экспозиция.

Следует обратить особое внимание на соотношение между процессами фотосинтеза и дыхания, поскольку от этого соотношения зависит накопление органической массы, а нередко - и возможность самого существования растений, что тесно связано о такими важными лесоводственными

проблемами, как естественное возобновление, обоснование рубок ухода и т.д.

При изучении дыхания растений особое внимание необходимо обратить на значение этого процесса для клеток, получающих в результате окисления органических веществ богатые энергией молекулы АТФ, а также многочисленные промежуточные продукты, которые могут использоваться для синтетических процессов.

Интенсивность дыхания рассчитывают по формуле n

a =__________ , m * t

где, n – количество выделенного СО2, или поглощенного О2, m -масса изучаемого объекта; t – экспозиция.

Вторая часть контрольного задания включает в себя следующие темы: основы почвенной микробиологии, минеральное питание растений, превращение органических веществ в растениях, рост и развитие растений,

устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды.

В разделе "Основы почвенной микробиологии" необходимо отметить, что главным объектом этой науки являются бактерии, образующие особое царство живой природы - прокариоты (доядерные организмы), строение которых существенно отличается от строения растительных клеток.

Необходимо обратить внимание на специфический для микробиологии метод выращивания микроорганизмов на специально приготовленных питательных средах - жидких или плотных (с добавлением агар-агара, который плавится при 100° и застывает при комнатной температуре).

При исследовании микрофлоры почвы, воды, воздуха и других объектов посев производят на стерильную плотную питательную .среду, на поверхности которой вырастают колонии. Исходя из того, что каждая колония представляет собой потомство одной клетки, можно осуществлять выделение чистых культур, а также определить содержание микроорганизмов в исследуемом объекте.

При составлении ответов на вопросы о роли микроорганизмов в круговороте углерода, азота и серы необходимо начертить соответствующие схемы, на которых отдельные процессы изобразить в виде стрелок, соединяющих исходные и конечные продукты.

Рассматривая вопросы минерального питания растений, вспомните механизмы активного и пассивного поглощения веществ растительной клеткой, которые изучались в первой теме наряду с этим необходимо разобраться во взаимодействии корневых систем растений с почвой, обратив особое внимание на ее поглотительную способность.

Приступая к изучению темы "Превращения органических веществ в растении", повторите по учебнику структуру и свойства белков, жиров и

углеводов. Необходимо также вспомнить основные свойства ферментов и их классификацию (эти вопросы рассматривались в первой теме). Большое место здесь занимают вопросы, связанные с превращениями органических веществ, происходящими при отложении запасов и их мобилизации в семенах и вегетативных органах древесных пород.

При изучении роста и развития растении необходимо четко различать эти два понятия, и свете современных представлений обратите внимание на сущность трех фаз роста растительных клеток, на современные представления о роли фитогормонов в ростовых процессах. Необходимо разобраться, какие явления лежат в основе движений отдельных органов растений.

Следует внимательно ознакомиться с основными этапами индивидуального развития растений (онтогенеза), обратить внимание на условия перехода к репродукции, ознакомиться с явлениями яровизации (влияния на развитие растений пониженных температур) и фотопериодизма (реакцией на изменение соотношения между длиной дня и ночи).

В заключительной теме необходимо обратить внимание на физиологические основы устойчивости растений к тем или иным неблагоприятным условиям произрастания и практические мероприятия, которые осуществляются человеком для устранения или уменьшения ущерба, наносимого народному хозяйству внешними стрессами.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ . ВВЕДЕНИЕ

1.Предмет, задачи и содержание физиологии растений.

2.Охарактеризуйте связь физиологии растений с физикой, химией, анатомией и морфологией растений.

3.Какое значение имеет физиология растений для лесного и садовопаркового хозяйства?

4.Каковы общенаучные и методологические основы физиологии растений как науки?

5.Методы, используемые в физиологии растений: наблюдение и эксперимент (полевой, вегетационный и лабораторный).

6.Перечислите основные признаки, черты и свойства живых существ.

7.Особенности физиологии древесных растений.

Тема I. ФИЗИОЛОГИЯ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

8.Охарактеризуйте клетку как структурную и физиологическую единицу растительных организмов.

9.9, Опишите строение и химический состав клеточной стенки. Каково ее значение в жизни растительной клетки?

10.Что такое компартментация протопласта и ее функциональное значение?

11.Строение белков. Что такое пептидная связь?

12.Опишите вторичную, третичную и четвертичную структуры белка.

13.Напишите формулу трипептида, состоящего из остатков глицина, цистеина и глутаминовой кислоты.

14.Каковы строение и функции ДНК? Что такое принцип комплиментарности? (Ответ иллюстрировать схемой).

15.В одной яз цепей ДНК нуклеотиды расположены в такой последовательности: -А-А-Г-Т-Ц-Т-А-Г-Т-Ц-Т-А-А-, какова последовательность нуклеотидов второй цепи этого участка ДНК?

16.В молекуле ДНК (в обеих цепях) содержится адениновых нуклеотидов 600, гуаниновых - 2400. Определите количество остальных нуклеотидов, входящих а состав этой молекулы.

17.Дайте сравнительную характеристику ДНК и РНК.

18.Как осуществляется биосинтез белка в клетках? Какова роль рибосом в этом процессе?

19.Что такое ферменты? Каковы их химическая природа и свойства? Витамины.

20.Перечислите основные классы ферментов и приведите примеры для каждого из названных классов.

21.Что такое АТФ и какова роль этого вещества? Назовите процессы, в ходе которых образуется АТФ.

22.Какие существуют связи между водой и другими компонентами клетки? Что такое гидратация? Как происходит набухание коллоидов?

23.Охарактеризуйте растительную клетку как осмотическую систему. Какова роль осмоса в жизни растений?

24.В клетках каких растений больше осмотическое давление клеточного сока: у растущих на солончаках или у растений незаселенных почв, у выросших в тенистом влажном месте или у растущих в степи? Как объяснить эти различия?

25.Какое значение для растений имеет осмотическое давление клеточного сока, и как растения регулируют его величину?

26.Что такое плазмолиз и деплазмолиз? При каких условиях происходят эти явления? Ответ иллюстрировать рисунками.

27.Определить осмотическое давление клеточного сока при температуре +17°С, если концентрация изотонического для данных клеток раствора сахарозы составляет 0,25 М.

28.Кусочки растительной ткани погружены в полярные растворы сахарозы и хлористого натрия. В каком из названных растворов будет наблюдаться более сильный плазмолиз? Как это объяснить?

29.Что произойдет с клетками, имеющими осмотическое давление 7 атм, при погружении их в раствор сахарозы концентрации 0,5 М?

30.Кусочки исследуемой ткани погружались в растворы сахарозы при температуре +7°С. В растворах 0,4 и 0,5 М плазмолиз не наблюдался, а растворы 0,6 и 0,7 М вызывали плазмолиз. Найти осмотическое давление клеточного сока.

31.Осмотическое давление клеточного сока равно 9 атм, а тургорное составляет 1/3 от максимальной величины. Найти сосущую силу клетки.

32.Клетка, имеющая осмотическое давление, равное 7 атм, находится в состоянии полного насыщения. Найти сосущую силу и тургорное давление этой клетки.

33.После погружения на 30 мин, в растворы хлористого натрия возрастающей концентрации полоски растительной ткани в 0,2 М- растворе увеличилось, в 0,3 М-растворе не изменили своих размеров, а в растворе 0,4 М уменьшились. Объяснить полученные результаты и рассчитать сосущую силу исследуемых клеток, если известно, что опыт проводился при температуре 18°С.

34.Полоски клубня картофеля, имеющие исходную длину 50 мм, погружались на 30 минут в четыре раствора хлористого натрия возрастающей концентрации, в результате опыта длина полос оказалась в 2-м растворе 53 мм, во 2-м - 52; и 3-м - 50, в 4-м - 48 мм. Объяснить полученные результаты.

35.Клетка погружена в раствор сахарозы концентрации 0,3 N при температуре +16°С. Куда будет перемещаться вода, если из известно, что осмотическое давление клеточного сока равно 8, а тургорное - 6 атм?

36.В какую сторону изменится концентрация 12%-ного раствора сахарозы при погружении в него полоски растительной ткани, если известно, что концентрация 10%-ного раствора не изменилась после погружения этой же ткани? Объясните.

37.Клетки исследуемой ткани в начале опыта имели осмотическое давление 15, тургорное - 6 атм. Куда будет перемещаться вода при погружении